Nghiên cứu xây dựng các chỉ tiêu và bài đo đánh giá chất lượng mạng truy nhập WCDMA của hệ thống 3g

..

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu, xây dựng các chỉ tiêu và bài đo
đánh giá chất lợng mạng
truy nhập wcdma của hệ thống 3g
ngành : điện tử viễn thông
.3898
Nghiêm thanh huyền

Ngời hớng dẫn khoa học : PGS.TS Phạm minh viƯt

Hµ Néi - 2009


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu,
xây dựng các chỉ tiêu và bài đo đánh giá chất
lượng mạng truy nhập W-CDMA của hệ thống
3G” là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi,
không sao chép từ bất cứ tài liệu nào.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Minh
Việt đã tận tình hướng dẫn tơi hồn thành tốt
luận văn này.

CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ đầy đủ

Giải nghĩa

AAL2

ATM adaptation layer type 2

Lớp thích ứng ATM kiểu 2

Abis

interface between BSC and BTS in
GSM networks

Giao diện giữa BSC và BTS trong mạng
GSM

ALCAP

access link control application part

Phần ứng dụng điều khiển liên kết truy
nhập

AM

acknowledge mode in RLC

Chế độ báo nhận trong RLC

AMR

adaptive multi rate

Đa tốc độ thích ứng

BCH

broadcast channel

Kênh quảng bá

BLER

Block Error Rate

Tỷ lệ lỗi khối

BSC

base station controller

Khối điều khiển trạm gốc

BSS

base station subsystem

Phân hệ trạm gốc

BSSMAP

base station subsystem management
application part

Phần ứng dụng quản lý phân hệ trạm gốc

CCPCH

common control physical channel

Kênh vật lý điều khiển chung

CPICH

common pilot channel

Kênh hoa tiêu chung

CRC

cyclic redundancy check

Kiểm dư vòng

CS

circuit switched

Chuyển mạch kênh

DCCH

dedicated control channel

Kênh điều khiển chuyên dụng

DCH

dedicated channel

Kênh dành riêng

DPCH

dedicated physical channel

Kênh vật lý dành riêng

DRNC

drift radio network controller

Drift-RNC

DSCH

downlink shared channel

Kênh chia sẻ đường xuống

DTAP

direct transfer application part

Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp

DTCH

dedicated traffic channel

Kênh lưu lượng dành riêng

EDGE

enhanced data rates for GSM
evolution

EDGE là công nghệ được sử dụng làm
tiền đề để tiến lên công nghệ 3G

FACH

forward access channel

Kênh truy nhập đường xuống

FDD

frequency division duplex

Song công chia theo tần số

FP

frame protocol

Giao thức khung

FTP

file transfer protocol

Giao thức truyền tải tập tin

Gb

GPRS interface between SGSN and
GSM BSS

Giao diện giữa SGSN và hệ thống trạm
gốc GSM

GERAN

GSM/EDGE radio access network

Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE


GGSN

gateway GPRS support node

Nút định tuyến GPRS

GMSC

gateway MSC

Tổng đài vô tuyến cổng

GSM

Global System for Mobile
Communication

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HLR

home location register

Bộ ghi định vị thường trú

HO

handover

Chuyển giao

HSDPA

high speed downlink packet access

Truy cập gói đường xuống tốc độ cao

HS-DSCH

high speed downlink shared channel

Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao

IFHO

inter-frequency (hard) handover

Chuyển giao (cứng) giữa các tần số

InFHHO

intra-frequency hard handover

Chuyển giao cứng trong tần số

IP

Internet protocol

Giao thức internet

ITU

International Telecommunication
Union

Liên minh viễn thông quốc tế

KPI

key performance indicator

Bộ tham số chất lượng mạng cơ bản

MAC

medium access control; message
authentication code

Điều khiển truy nhập môi trường

MMS

multimedia messaging service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MOC

mobile originated call

Cuộc gọi đi

MSC

mobile switching centre

Trung tâm chuyển mạch di động

MTC

mobile terminated call

Cuộc gọi đến

NAS

non access stratum

Tập hợp các giao thức không liên quan
trực tiếp đến phần truy nhập mạng

NBAP

Node B application part

Phần ứng dụng node B

Node B

UMTS base station

Trạm gốc của UMTS

OMC

operation and maintenance centre

Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

P-CCPCH

primary common control physical
channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

PCH

paging channel

Kênh tìm gọi

PDP

packet data protocol (e.g. PPP, IP,

X.25)

Giao thức dữ liệu gói

PDU

packet data unit

Khối dữ liệu gói

PLMN

public land mobile network

Mạng di động mặt đất cơng cộng

PM

performance Management

Quản lý chất lượng

PS

packet switched

Chuyển mạch gói

PSC

primary scrambling code

Mã sơ cấp


QE

quality estimate

Đánh giá chất lượng

QoS

quality of service

Chất lượng dịch vụ

RAB

radio access bearer

Kênh mang truy nhập vô tuyến

RACH

random access channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RANAP

radio access network application
part

Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến

RAT

radio access technology

Công nghệ truy nhập vô tuyến

RB

radio bearer

Phần tử mang vô tuyến

RF

radio frequency

Tần số vô tuyến

RLC

radio link control

Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC

radio network controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS

radio network subsystem

Phân hệ mạng vô tuyến

RNSAP

radio network subsystem
application part

Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến

RNTI

radio network temporary identity

Nhận thực tạm thời mạng vô tuyến

RRC

radio resource control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RSCP

received signal code power

Công suất mã tín hiệu thu

SCCP

signalling connection control part

Phần điều khiển kết nối báo hiệu

S-CCPCH

secondary common control physical
channel

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp

SDU

service data unit

Khối dữ liệu dịch vụ

SGSN

serving GPRS support node

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIR

signal-to-interference ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SRB

signalling radio bearer

Phần tử vô tuyến báo hiệu

SRNC

serving radio network controller

RNC phục vụ

SVC

switched virtual connection

Kết nối ảo chuyển mạch

TCP

transmission control protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

TD

time division duple

Song công chia theo thời gian

TDMA

time division multiple access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TPC

transmission power control

Điều khiển công suất phát

Tx

transmission

Truyền dẫn

uARFCN

UMTS absolute radio frequency
channel number

Kênh tần số tuyệt đối UMTS

UE

user equipment

Thiết bị người sử dụng

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu


Telecommunication System
USIM

UMTS subscriber identity module

Module nhận dạng thuê bao UMTS

UTRAN

UMTS terrestrial radio access
network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Uu

UMTS air interface

Giao diện trong UMTS

VLR

visitor location register

Bộ ghi định vị tạm trú

WCDMA, WCDMA

wideband code division multiple
access

Đa truy nhập phân mã băng rộng


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU…………. .......................................................................... ……………….1
TÓM TẮT NỘI DUNG ...................................................................................................... 2
ABSTRACT………………................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1.

MỞ ĐẦU ................................................................................................ 4

1.1. Giới thiệu ...............................................................................................................4
1.2. Phạm vi của đề tài..................................................................................................8

CHƯƠNG 2.
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN............................................................. 10
2.1. Cấu trúc mạng 3G WCDMA ...............................................................................10
2.2. Cấu trúc giao diện trong mạng truy nhập vô tuyến UTRAN...............................12
2.3. Các tiêu chuẩn về chất lượng mạng và chất lượng dịch vụ .................................13
2.3.1.
Các tiêu chuẩn của tổ chức ITU...................................................................13
2.3.2.
Các tiêu chuẩn của tổ chức 3GPP ................................................................14
2.3.3.
Các báo cáo kỹ thuật của 3GPP ...................................................................17
2.4. Một số các công bố về chất lượng mạng .............................................................19
2.4.1.
T-Mobile ......................................................................................................19
2.4.2.
France Telecom............................................................................................21
2.4.3.
ANACOM....................................................................................................22
CHƯƠNG 3.
XÂY DỰNG BỘ THAM SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG
TRUY NHẬP VƠ TUYẾN WCDMA.............................................................................. 28
3.1. Nghiên cứu, phân tích các tham số KPI và các vấn đề liên quan đến đo kiểm
trong mạng 3G WCDMA ................................................................................................28
3.1.1.
Tham số tỷ lệ lỗi khối BLER .......................................................................28
3.1.2.
Chuyển giao mềm ........................................................................................39
3.1.3.
Chuyển giao cứng giữa các tần số ...............................................................46
3.1.4.

Chuyển giao cứng trong mạng lõi................................................................54
3.1.5.
Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công..............................................................66
3.2
Xây dựng bộ chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng phân hệ vô tuyến.....................83
3.2.1
Các tham số vùng phủ sóng .........................................................................83
3.2.2
Các tham số miền CS (chuyển mạch kênh) .................................................88
3.2.3
Các tham số miền PS (chuyển mạch gói) ....................................................99
3.2.4
Tổng hợp bộ chỉ tiêu và mức ngưỡng đánh giá chất lượng mạng truy nhập
vô tuyến WCDMA.....................................................................................................108
CHƯƠNG 4.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CHỈ TIÊU KPI....................................... 110
4.1. Giới thiệu các phương pháp đo..........................................................................110
4.1.1.
Phương pháp đo driving test ......................................................................110
4.1.2.
Phương pháp đo thống kê tại OMC ...........................................................110
4.2. Các chỉ tiêu đo bằng phương pháp đo driving test ............................................111
4.3. Các chỉ tiêu đo bằng phương pháp thống kê tại OMC.......................................113
4.4. Kết luận..............................................................................................................116
KẾT LUẬN
117
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 118


MỤC LỤC HÌNH

Hình 2-1. Mơ hình hệ thống WCMDA................................................................................10
Hình 2-2. Cấu trúc mạng truy nhập vơ tuyến UTRAN........................................................12
Hình 2-3. Cấu trúc bên trong mạng truy nhập vơ tuyến UTRAN .......................................12
Hình 3-1. Cấu trúc mạng UMTS .........................................................................................28
Hình 3-2. Các khối truyền tải UL sử dụng để tính UL BER ...............................................31
Hình 3-3. Báo cáo đo DL BLER theo chu kỳ......................................................................34
Hình 3-4. Phân bổ DL BLER giám sát trong một cuộc gọi đơn..........................................34
Hình 3-5. Báo cáo đo RRC bao gồm báo cáo DL BLER cho một cuộc gọi thoại...............34
Hình 3-6. UL BLER liên quan đến lưu lượng kênh truyền tải UL ......................................37
Hình 3-7. Tương quan giữa UL BLER và lỗi SIR...............................................................39
Hình 3-8. Yêu cầu cập nhật active set RRC để xóa liên kết vơ tuyến chuyển giao mềm ....40
Hình 3-9. Tổng hợp các sự kiện giao thức chuyển giao mềm .............................................40
Hình 3-10. Thủ tục chuyển giao mềm Intra-RNC ...............................................................42
Hình 3-11. Sơ đồ tổng quát các sự kiện giao thức – chuyển giao RNC trung gian .............44
Hình 3-12. Bước 1 của chuyển giao Inter-frequency ..........................................................49
Hình 3-13. Bước 2 của chuyển giao Inter-frequency ..........................................................50
Hình 3-14. Bước 3 của chuyển giao Inter-frequency ..........................................................51
Hình 3-15. Bản tin đáp ứng u cầu thiết lập kênh vơ tuyến RNSAP.................................56
Hình 3-16. Thủ tục chuyển giao cùng tần số và định vị lại .................................................57
Hình 3-17. Các bước chuyển giao giữa 2G và 3G...............................................................61
Hình 3-18. Dị tìm lỗi thủ tục chuẩn bị định vị lại RNAP ...................................................63
Hình 3-19. Thủ tục thiết lập kết nối RRC............................................................................67
Hình 3-20. Trường hợp UE khơng trả lời bản tin thiết lập kết nối RRC .............................69
Hình 3-21. Thiết lập kênh mang vô tuyến RRC thành công và thất bại..............................71
Hình 3-22. Thủ tục thiết lập kênh mang vơ tuyến RANAP.................................................72
Hình 3-23. Ví dụ phân tích bản tin u cầu thiết lập kênh mang vơ tuyến RANAP...........74
Hình 3-24. Ví dụ về bản tin thiết lập thành công kênh mang vô tuyến RANAP.................74
Hình 3-25. Lỗi thiết lập kênh mang vơ tuyến RANAP .......................................................74
Hình 3-26. u cầu giải phóng kênh mang vơ tuyến RANAP............................................75
Hình 3-27. Kịch bản cuộc gọi rơi từ phía UTRAN .............................................................77

Hình 3-28. Nhiều RAB bị rơi trong miền đơn do UTRAN, kết nối RANAP kết thúc........80
Hình 3-29. Cuộc gọi đa miền có RAB đơn bị rơi ................................................................80
Hình 3-30. Cuộc gọi multi-RAB đa miền có CS RAB bị rơi do phía mạng lõi ..................80
Hình 3-31. Các bộ đếm cần thiết để tính tỷ lệ cuộc gọi rơi .................................................83


Hình 3-32. Khơng có pilot sơ cấp........................................................................................85
Hình 3-33. Phân bố cơng suất của UE .................................................................................86
Hình 3-34. Pilot pollution ....................................................................................................87
Hình 3-35. Nhiễu pilot khi đo driving test...........................................................................88
Hình 3-36. Sơ đồ khối thiết lập cuộc gọi .............................................................................89
Hình 3-37. Lưu đồ thiết lập cuộc gọi miền chuyển mạch kênh...........................................90
Hình 3-38. Lưu đồ cuộc gọi chuyển giao interRAT ............................................................95
Hình 3-39. Lưu đồ thiết lập cuộc gọi chuyển mạch gói (PS) ............................................100

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2-1. Các tham số tỉ lệ KPI đo kiểm tra theo T-Mobile...............................................19
Bảng 2-2. Các tham số KPI yêu cầu bắt buộc .....................................................................20
Bảng 2-3. Các tham số chỉ tiêu về chất lượng mạng ...........................................................21
Bảng 2-4. Kết quả chất lượng cuộc gọi thoại GSM ở khu đông đúc nội thị .......................23
Bảng 2-5. Kết quả chất lượng cuộc gọi video UMTS ở khu đông đúc nội thị ....................24
Bảng 2-6. Kết quả chất lượng mạng đối với cuộc thoại GSM ở tuyến đường chính ..........25
Bảng 2-7. Kết quả chất lượng mạng đối với video telephony UMTS tuyến đường chính ..26
Bảng 3-1. Bảng ánh xạ Bin của báo cáo DL BLER ............................................................36
Bảng 3-2. Các trường hợp cuộc gọi bị rớt mạng .................................................................79
Bảng 3-3. Các nguyên nhân thiết lập RRC..........................................................................89


1

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, hệ thống 3G được nhìn nhận như là một thế mạnh nâng cao tính
cạnh tranh và mở rộng mạng của không chỉ các nhà khai thác mạng mà cịn cả
các nhà cung cấp dịch vụ. Ngồi các dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ 3 cho phép các nhà khai thác mạng cung cấp rất
nhiều loại hình dịch vụ mới cho thuê bao như dịch vụ dữ liệu đa truy nhập tốc
độ cao, yêu cầu thời gian thực, tốc độ truyền dẫn lớn (video, packet,
internet...). Việc phát triển của thị trường mạng không dây và sự cạnh tranh
khốc liệt giữa các nhà khai thác mạng di động đã đem lại cho khách hàng
những lợi ích to lớn về chất lượng dịch vụ khơng chỉ ở khía cạnh thương mại
mà cịn ở khía cạnh người tiêu dùng. Sự hài lịng của khách hàng là chìa khóa
tạo nên giá trị, vì vậy địi hỏi các nhà khai thác phải có chiến lược tối ưu
nhằm giám sát và quản lý mạng hiệu quả để có thể cung cấp cho khách hàng
các dịch vụ có chất lượng tốt nhất.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, xây dựng
các chỉ tiêu và bài đo đánh giá chất lượng mạng truy nhập W-CDMA của
hệ thống 3G” làm đề tài tốt nghiệp cao học. Em xin được gửi lời cảm ơn chân
thành và lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Minh Việt, PGS.TS Nguyễn
Thị Việt Hương và các thầy cô giáo trong khoa Điện tử-Viễn thông đã hướng
dẫn, chỉ bảo tận tình để em hồn thành luận văn này.


2

TÓM TẮT NỘI DUNG
Mục tiêu của luận văn là xây dựng bộ chỉ tiêu và bài đo đánh giá chất lượng
mạng nhằm phục vụ công tác quản lý mạng lưới, đo kiểm, phát hiện sự cố,
nâng cao chất lượng mạng cho mạng thơng tin di động 3G W-CDMA. Nội
dung chính của luận văn gồm có:
− Giới thiệu tổng quan về hệ thống mạng 3G sử dụng công nghệ truy nhập

vô tuyến WCDMA
− Phân tích các tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng mạng và chất lượng dịch
vụ của hệ thống 3G WCDMA.
− Cập nhật tình hình triển khai và xem xét các công bố về chất lượng mạng
của các nhà khai thác đã có hệ thống WCDMA.
− Nghiên cứu, xây dựng bộ chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô
tuyến 3G-WCDMA:
ƒ Tổng quan về bộ chỉ tiêu chất lượng then chốt (KPI)
ƒ Xây dựng bộ chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô
tuyến WCDMA
− Nghiên cứu phương pháp và đưa ra bài đo đánh giá chất lượng mạng truy
nhập vô tuyến 3G WCDMA.


3

ABSTRACT
The primary object of thesis is to construct the Key Performance Indicators
(KPI) and the testing methods to evaluate the Network Performance in
network‘s operations and maintenances, measurements and troubleshooting to
enhance the quality of 3G W-CDMA mobile network.
The main contents of this thesis includes:
− Overview of the 3G network system using WCDMA
− Analysis of the standards related to the Network Performance (NP) and
Quality of Service (QoS) of 3G W-CDMA
− Update the deployments and QoS publications of other W-CDMA network
operators in the world.
− Research and construct the KPIs to evaluate the Network Performance of
3G W-CDMA network:
ƒ Overview of the Key Performance Indicators (KPIs)

ƒ Construct of KPIs to evaluate the Network Performance of 3G
− Research the testing methods and offer the measurment procedures to
evaluate the quality of 3G W-CDMA network.


4

CHƯƠNG 1.

MỞ ĐẦU

1.1. Giới thiệu
3G (third-generation technology) là công nghệ truyền thơng thế hệ thứ ba,
nó cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống (voice calls), điện thoại truyền
hình ảnh (video calls) và các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, yêu cầu thời gian
thực, trong môi trường vô tuyến di động. Các dịch vụ dữ liệu 3G thông dụng
bao gồm: chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi, nhận email và file đính kèm dung lượng lớn; tải tệp tin video và MP3; và nhắn tin
dạng chữ với chất lượng cao. Các thiết bị hỗ trợ 3G cho phép download và
xem phim từ các chương trình TV, kiểm tra tài khoản ngân hàng, thanh tốn
hóa đơn điện thoại qua mạng, gửi bưu thiếp kỹ thuật số, dịch vụ mobile
positioning…
Công nghệ 3G được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức
Viễn thông Thế giới (ITU). Lúc đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất
trên thế giới, nhưng trên thực tế, thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần:
ƒ UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên công
nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các
nhà khai thác dịch vụ di động sử dụng GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và
một phần châu Á (trong đó có Việt Nam). UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ
chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM,

GPRS và EDGE.
ƒ CDMA 2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các
chuẩn 2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngồi
khn khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý
bởi 3GPP2, là tổ chức độc lập với 3GPP. Có nhiều cơng nghệ truyền thông


5

khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA20001xEV-DO và 1xEV-DV. CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liệu từ 144 kbit/s
tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU.
ƒ TD-SCDMA
Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung
Quốc bởi các cơng ty Datang và Siemens. Nó được đưa vào hoạt động năm
2005.
ƒ Wideband CDMA
Hỗ trợ tốc độ giữa 384 kbit/s và 2 Mbit/s. Khi giao thức này được dùng
trong một mạng diện rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 kbit/s. Khi nó dùng
trong một mạng cục bộ LAN, tốc độ tối đa là 1,8 Mbit/s. Chuẩn này cũng
được công nhận bởi ITU.
Theo hiệp hội các nhà cung cấp di động tồn cầu (GSA) thì tính đến tháng
07/2008 đã có 228 nhà khai thác thương mại của 94 quốc gia trên thế giới
triển khai hệ thống 3G theo công nghệ WCDMA, năm 2006 được coi là năm
của điện thoại 3G và theo dự báo của các chuyên gia thì đến năm 2010 số
lượng thuê bao 3G có thể đạt con số 1 tỷ trên toàn thế giới.


6

Ở Việt Nam, Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp giấp phép triển khai
mạng 3G cho 4 doanh nghiệp là Viettel, Vinaphone, MobiFone, liên doanh
HT Mobile và EVN Telecom. Giấy phép 3G cấp cho 4 doanh nghiệp lần này
là tiêu chuẩn IMT-2000 trong băng tần số 1900-2200 MHz. Trong bối cảnh
như vậy, các yếu tố có tác động mạnh mẽ và quan trọng nhất đến việc thu hút
khách hàng sử dụng dịch vụ 3G của các doanh nghiệp này chính là: vùng phủ
sóng, thời gian triển khai, sự đa dạng của các dịch vụ 3G sẽ được cung cấp
đến khách hàng và quan trọng hơn cả là chất lượng của các dịch vụ này. Đó là
kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lịng của đối
tượng sử dụng dịch vụ đó, thực chất là sự trải nghiệm của người dùng khi sử
dụng dịch vụ đó, ví dụ như là các yếu tố: tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công,
chất lượng thoại, chất lượng hình ảnh (video call) sẽ được khách hàng quan
tâm đến khi sử dụng dịch vụ điện thoại hình ảnh (video call) 3G…
Xét về góc độ phát triển và quản lý mạng thì chất lượng của các dịch vụ
được cung cấp bởi một mạng (ở đây ta không xét đến trường hợp các dịch vụ
được thiết lập liên mạng) sẽ được quyết định bởi chất lượng mạng (Network
Performance - NP) của mạng lưới đó, nếu khơng xét đến ảnh hưởng của thiết
bị đầu cuối của người dùng.
Theo khuyến nghị E.800 của ITU thì Chất lượng mạng được định nghĩa là
năng lực của một mạng (hoặc là một phần mạng) cung cấp chức năng liên
quan đến truyền thông tin giữa những người sử dụng. Năng lực này được thể
hiện thông qua một tập hợp các tham số và các giá trị ngưỡng tương ứng với
các tham số đó. Trên thực tế số lượng các tham số này là khá nhiều và mỗi
nhà khai thác mạng sẽ căn cứ vào yêu cầu phát triền mạng lưới, chiến lược
kinh doanh của mình để lựa chọn và xây dựng nên một bộ tham số chất lượng
mạng cơ bản (Key Performance Index – KPI), bộ tham số này cũng sẽ được
đưa ra trong thỏa thuận giữa nhà khai thác mạng với bên cung cấp thiết bị và


7

hạ tầng mạng. Việc xây dựng bộ tham số KPI này địi hỏi sự linh hoạt của nhà
khai thác, ví dụ như là việc có thể phân chia KPI theo các mức sử dụng cho
các mục đích khác nhau: đo kiểm chất lượng mạng tổng thể; đo kiểm trong
vận hành, bảo dưỡng mạng, phát hiện và xử lý sự cố trong mạng hoặc là xây
dựng KPI cho vùng phủ sóng, cho miền mạng lõi CS (Circuit-switched) hay
miền mạng lõi PS (Packet-switched). Trên cơ sở các bộ tham số KPI của các
nhà khai thác thì các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế như là 3GPP, ITU sẽ phân
tích và xây dựng nên một bộ tham số KPI khuyến nghị cho toàn bộ các nhà
khai thác mạng trên thế giới.
Trong quá trình xây dựng bộ tham số KPI thì các nhà khai thác mạng còn
cần quan tâm đến phương pháp đo kiểm các tham số KPI này sao cho hiệu
quả và phản ánh đúng thực tế mạng lưới nhất. Có hai phương pháp được sử
dụng đó là đo kiểm ngay trên thực tế mạng lưới và lấy thống kê theo thời gian
dựa theo chức năng thống kê sẵn có của trung tâm điều hành mạng. Phương
pháp thứ nhất thường được sử dụng để nghiên cứu về những trải nghiệm của
khách hàng trong khi phương pháp thứ hai lại thường được áp dụng khi mạng
đã có đủ lưu lượng sau một thời gian đầu khai thác mạng. Ngồi ra, cịn có
một vấn đề đó là các chỉ tiêu ngưỡng dùng cho các tham số KPI khơng phải là
cố định mà có thể sẽ được thay đổi cho phù hợp với các chiến lược phát triển
mạng mới, sau khi đo kiểm các tham số KPI trong một khoảng thời gian nhất
định.
Như vậy, chất lượng mạng chính là yếu tố được các nhà khai thác mạng
quan tâm hàng đầu và cũng là vấn đề khó khăn nhất trong quá trình phát triển
và quản lý mạng lưới.
Với những phân tích trên đây, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, xây
dựng các chỉ tiêu và bài đo đánh giá chất lượng mạng truy nhập W-CDMA
của hệ thống 3G” là đề tài tốt nghiệp cao học với mong mỏi được học hỏi,

8

khám phá thêm những kiến thức hữu ích và mới mẻ liên quan đến 3G nói
chung, chất lượng mạng của hệ thống 3G WCDMA nói riêng và sẽ là một
đóng góp tốt cho cơng việc hiện tại của em.
1.2. Phạm vi của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu, xây dựng các chỉ tiêu và bài đo đánh giá chất lượng
mạng truy nhập W-CDMA của hệ thống 3G” được xây dựng bao gồm các nội
dung sau:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Giới thiệu tổng quan về hệ thống mạng 3G sử dụng công nghệ
truy nhập vô tuyến WCDMA. Chương này nêu ra các cấu trúc mạng 3G
WCDMA, cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. Bên cạnh đó, trong
chương này em sẽ tập trung phân tích các tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng
mạng và chất lượng dịch vụ của hệ thống 3G và tìm hiểu một số các cơng bố
về chất lượng mạng của các nhà khai thác mạng 3G trên thế giới, để làm tiền
đề cho việc nghiên cứu xây dựng bộ tham số đánh giá chất lượng mạng truy
nhập vô tuyến 3G trong chương 3
Chương 3: Nghiên cứu, xây dựng bộ tham số đánh giá chất lượng mạng truy
nhập vô tuyến 3G WCDMA. Chương này bao gồm hai nội dung chính đó là:
nghiên cứu, phân tích một số các tham số chất lượng mạng truy nhập vô tuyến
và các vấn đề liên quan đến đo kiểm trong mạng 3G WCDMA, trên cơ sở
việc phân tích này sẽ tiến hành xây dựng, tổng hợp một bộ chỉ tiêu chất lượng
mạng truy nhập vô tuyến 3G WCDMA (KPI)
Chương 4: Nghiên cứu các phương pháp đo các chỉ tiêu KPI. Trong chương
này, em sẽ tìm hiểu và phân tích hai phương pháp đo được sử dụng thường
xuyên trong thực tế để đo kiểm, thu thập số liệu về các tham số KPI trong
mạng 3G. Mỗi phương pháp đo sẽ có những đặc điểm và những yêu cầu khác
nhau, thích hợp cho việc đo kiểm một số các chỉ tiêu KPI khác nhau. Đối với

9

mỗi chỉ tiêu KPI, ngoài những yêu cầu chung liên quan đến phép đo, cịn có
những u cầu riêng biệt khác nhau.
Chương 5: Kết luận. Chương này nêu lên những kết luận chung về việc quản
lý chất lượng mạng cũng như là các phương pháp đánh giá chất lượng mạng
và chất lượng dịch vụ trong hệ thống 3G WCDMA, đồng thời cũng đưa ra
những hướng phát triển tiếp theo của đề tài.


10

CHƯƠNG 2.
2.1.

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Cấu trúc mạng 3G WCDMA

Mơ hình cấu trúc hệ thống WCDMA được mơ tả trong Hình 2-1.
Uu

lu
Node B
RNC

USIM
Cu
ME

Node B
lub

MSC/
VLR

lur

GMSC

PLMN PSTN
ISDN,etc

GGSN

INTERNET

HLR

Node B
RNC

SGSN

Node B

UE

UTRAN

CN

External Networks

Hình 2-1. Mơ hình hệ thống WCMDA

Trong đó:
ƒ UE (thiết bị người sử dụng) bao gồm:

+ Thiết bị di động – ME (Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được
sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu
+ Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) (UMTS Subcriber Identify
Module) – là một thẻ thông minh chứa nhận dạng thuê bao, thực hiện
các thuật tốn nhận thực và lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông
tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
ƒ UTRAN bao gồm hai phần tử khác nhau:

+ Nút B: chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IuB và Uu. Phần tử
này cũng tham gia quản lý tài ngun vơ tuyến (Thuật ngữ nút B có ý
nghĩa như trạm gốc BTS)
+ Bộ điều khiển mạng vô tuyến – RNC (Radio Network Controller): sở
hữu và điều khiển các tài ngun vơ tuyến ở trong vùng của mình (các
nút B được nối với nó). RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do


11

UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản tất cả các kết nối
đến UE.

ƒ CN bao gồm:

+ HLR (Home Location Resister - Bộ ghi định vị thường trú) – là cơ sở
dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ trực tiếp của người sử dụng để lưu
giữ bản sao chính về lý lịch dịch vụ của thuê bao này;
+ MSC/VLR: (Mobile Services Switching Center/ Visitor Location
Register): là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp dịch
vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó.. Chức năng
của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh – CS (Circuit
Switch) và chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người
sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống
đang phục vụ. Phần mạng truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là
vùng CS;
+ GMSC (Gateway MSC): chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN
với mạng CS bên ngoài;
+ SGSN (Serving GPRS Node): có chức năng giống như MSC/VLR
nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói – PS (Packet
Switch). Phần mạng truy nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS;
+ GGSN (Gateway GPRS Support Node): có chức năng giống GMSC
nhưng liên quan đến các dịch vụ PS.


12

2.2. Cấu trúc giao diện trong mạng truy nhập vô tuyến UTRAN
Nhiệm vụ chính của UTRAN là tạo và duy trì các kênh mang truy nhập vơ
tuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động với mạng lõi (CN).
UTRAN nằm giữa hai giao diện mở Uu và Iu. Nhiệm vụ của UTRAN là thực
hiện các dịch vụ mang qua các giao diện này. Nhiệm vụ đó được thực hiện
với sự phối hợp của mạng lõi. Hình 2-2 mơ tả cấu trúc UTRAN ở lớp phần tử

mạng.

Hình 2-2. Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

Cấu trúc bên trong của mạng UTRAN được mơ tả trong Hình 2-3.

Core Network
Iu

UTRAN

Iu

RNS

RNS
Iur

RNC
Iub
Node B

RNC

Iub

Iub

Node B

Node B

Iub
Node B

Hình 2-3. Cấu trúc bên trong mạng truy nhập vô tuyến UTRAN


13

UTRAN bao gồm một tập hợp các Phân hệ Mạng Vô tuyến (RNS) được
nối với mạng lõi (CN) thông qua giao diện Iu.
Một RNS bao gồm một Bộ Điều khiển Mạng Vô tuyến (RNC) và một
hoặc nhiều Node B. Node B được nối với RNC thông qua giao diện Iub.
Node B có thể hỗ trợ chế độ FDD, chế độ TDD hoặc hoạt động chế độ
kép.
Bên trong UTRAN, các RNC của Phân hệ Mạng Vơ tuyến (RNS) có thể
được nối với nhau thông qua giao diện Iur.
Iu và Iur là các giao diện logic.
Các giao diện trong hệ thống truy nhập vơ tuyến WCDMA bao gồm:
•

Giao diện vơ tuyến Uu giữa UE và UTRAN.

•

Giao diện Iur giữa các Phân hệ Mạng Vơ tuyến (RNS).

•

Giao diện Iub giữa Node B và Bộ Điều khiển Mạng Vô tuyến (RNC).

2.3. Các tiêu chuẩn về chất lượng mạng và chất lượng dịch vụ
Theo khuyến nghị E.800 của ITU thì Chất lượng dịch vụ viễn thông là kết
quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của đối
tượng sử dụng dịch vụ đó. Chất lượng mạng (NP) được định nghĩa là năng lực
của một mạng (hoặc là phần mạng) cung cấp chức năng liên quan đến truyền
thông tin giữa những người sử dụng.
Chất lượng mạng (NP) và chất lượng dịch vụ (QoS) được phản ánh thông
qua bộ tham số chất lượng mạng cơ bản (KPI - Key Performance Indicators).
Chương này sẽ phân tích các khuyến nghị và tiêu chuẩn của các tổ chức tiêu
chuẩn quốc tế (ITU, 3GPP) về NP và QoS.
2.3.1.

Các tiêu chuẩn của tổ chức ITU

Tổ chức ITU có 2 khuyến nghị liên quan đến QoS và NP: ITU E.800 và
ITU I.350


14

- ITU-T Recommendation E.800: “Terms and definitions related to Quality
of Service and Network Performance including dependability”. Khuyến

nghị này đưa ra khái niệm cơ bản về QoS và NP, đồng thời chỉ ra mối
liên quan giữa chúng.
- ITU-T Recommendation I.350: “General aspects of Quality of Service and
Network Performance in digital networks, including ISDNs”. Khuyến nghị

này cũng đưa ra khái niệm cơ bản về QoS và NP.
Điểm khác biệt giữa 2 khuyến nghị này là: E.800 đưa ra khái niệm về QoS
rộng hơn so với I.350, còn trong I.350 khái niệm về QoS được giới hạn bởi
các tham số có thể quan sát được trực tiếp và có thể đo được tại điểm truy cập
dịch vụ của người sử dụng. Và I.350 đưa ra các tham số về NP cho nhà cung
cấp mạng dùng để thiết kế, cấu hình, khai thác và bảo dưỡng.
2.3.2.

Các tiêu chuẩn của tổ chức 3GPP

Tổ chức 3GPP đưa ra 5 tiêu chuẩn liên quan đến QoS và NP: 3GPP TS
32.401, TS 32.403, TS 32.405, TS 32.406 và TS 32.407:
-

3GPP TS 32.401 V7.0.0 (2007-06): “Digital cellular telecommunications
system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS);
Telecommunication management; Performance Management (PM); Concept
and requirements”

Tiêu chuẩn này đưa ra các khái niệm và yêu cầu về quản lý đo chất
lượng và lựa chọn dữ liệu kết quả đo chất lượng trong các mạng GSM
và UMTS. Tiêu chuẩn này cũng đưa ra cái nhìn tổng quan về cách lưu
giữ số liệu và truyền dữ liệu đo đến hệ thống khai thác (Operation
System) để xử lý và đánh giá kết quả. Tuy nhiên tiêu chuẩn này không
đề cập đến cách thu thập dữ liệu và cũng khơng đưa ra tiêu chuẩn để
tính tốn và phân tích các dữ liệu đo liên quan đến chất lượng.
-

3GPP TS 32.403 V6.9.0 (2005-09): “Digital cellular telecommunications
system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS);

15

Telecommunication

management;

Performance

Management

(PM);

Performance measurements UMTS and combined UMTS/GSM”

Tiêu chuẩn này liệt kê tất cả các phép đo liên quan đến việc đánh giá
chất lượng đường truyền vơ tuyến nhằm mục đích điều khiển chuyển
giao, quản lý di động trong mạng, đó là:
ƒ Các phép đo liên quan đến RNC qui định các thủ tục đo lường liên
quan đến phần mạng truy nhập như: thiết lập kết nối RRC, quyết
định chuyển giao, điều khiển công suất...
ƒ Các phép đo liên quan đến SGSN qui định các thủ tục đo liên quan
đến kết nối giữa RNC với phần chuyển mạch gói của mạng lõi (PS
CN).
ƒ Các phép đo liên quan đến GGSN qui định các thủ tục đo liên quan
đến kết nối giữa phần mạng chuyển mạch gói của mạng lõi (PS CN)
với các mạng bên ngoài.
ƒ Các phép đo liên quan đến MMS qui định các thủ tục đo liên quan
đến các dịch vụ tin nhắn đa phương tiện.

Nhìn chung tiêu chuẩn này đã qui định các thủ tục đo liên quan đến cả
mạng truy nhập và mạng lõi. Tuy nhiên, kết quả mới chỉ dừng lại ở việc liệt
kê khái niệm các bộ đếm giao thức, sử dụng các bộ đếm thống kê và kết quả
đo được tính theo phân bố kết gauge, được đo tại các thời điểm khác nhau (Ví
dụ: Với phép đo thiết lập kết nối RRC thành công: mới chỉ đưa ra được số
lượng thiết lập kết nối RRC thành công).
Tài liệu tiêu chuẩn này chưa chỉ ra được mối liên hệ giữa các sự kiện đo
đến chất lượng dịch vụ và chất lượng mạng. Thông thường, trong các tiêu
chuẩn này, các sự kiện giao thức mới chỉ được xác định ở mức rất chung
chung (không cụ thể) (Ví dụ: thủ tục chuyển giao có thể được xác định thơng
qua các bản tin: cấu hình lại kênh vật lý RRC, cấu hình lại kênh truyền tải


16

RRC, cấu hình lại kênh mang vơ tuyến RRC, thiết lập kênh mang vơ tuyến
RRC hoặc xố kênh mang vơ tuyến RRC, tuy nhiên khơng biết được các bản
tin đó dùng trong trường hợp nào, chuyển giao trong cùng tần số hay chuyển
giao khác tần số và cũng chưa có phân tích về nguyên nhân của các sự kiện
gây lỗi trong mạng).
-

3GPP TS 32.405 V6.9.0 (2008-09): “Digital cellular telecommunications
system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS);
Telecommunication

management;

Performance

Management

(PM);

Performance measurements - Universal Terrestrial Radio Access Network
(UTRAN)”

Có thể nói, tiêu chuẩn này “là một tập con” của TS 32.403, bởi nó chỉ
tập trung vào các thủ tục đo liên quan đến mạng truy nhập, trong đó có
đưa thêm các thủ tục đo liên quan đến HSDPA/HSUPA.
-

3GPP TS 32.406 V7.1.0 (2008-06): “Digital cellular telecommunications
system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS);
Telecommunication

management;

Performance

Management

(PM);

Performance measurements Core Network (CN) Packet Switched (PS)
domain”

Cũng như tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn này cũng “là một tập con” của TS
32.403, tập trung vào các chỉ tiêu liên quan đến phần chuyển mạch gói
của mạng lõi.

-

3GPP TS 32.407 V7.2.0 (2008-09): “Digital cellular telecommunications
system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS);
Telecommunication

management;

Performance

Management

(PM);

Performance measurements Core Network (CN) Circuit Switched (CS)
domain”

Tiêu chuẩn này đưa ra các phép đo chất lượng liên quan đến phần
chuyển mạch kênh của mạng lõi (CS CN).